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Aus der globalen Allianz

Das „Two-Mode“-Hybrid-Konzept im Mercedes-Benz ML450 Hybrid
Aus der globalen Allianz

Mit der „Road to the Future“ hat Mercedes-Benz auf der IAA einen Überblick gegeben, welche innovativen Technologiepakete bis 2011 auf den Markt gebracht werden. Darunter waren viele bereits heute erhältliche Serienfahrzeuge und solche, die in naher Zukunft eingeführt werden. Hinter der Forschungs- und Entwicklungsstrategie steht dabei der Anspruch, den Kunden sparsame und umweltverträgliche Premium-Automobile ohne Verzicht auf Sicherheit, Komfort und Fahrspaß anzubieten.

Mercedes-Benz hat eine modulare Technologiestrategie ausgearbeitet, dank derer den Kunden eine große Auswahl an Antriebsmöglichkeiten angeboten werden können. Damit ist es möglich, eine breite Palette von Technologien zu entwickeln und eine Vielzahl von Kunden- und Marktanforderungen zu bedienen. Um bei der Verminderung des Verbrauchs und damit des CO2-Ausstoßes in breiter Front weitere Fortschritte zu erzielen, treibt Daimler neben der kontinuierlichen Optimierung der konventionellen Antriebe auch die Elektrifizierung des Antriebsstrangs weiter voran. Dies geschieht in allen Klassen vom Start-Stop-System bis zum Top-Level Voll-Hybriden und wird in den nächsten Jahren, wie in der „Road to the Future“ dargelegt ist, in allen Modellreihen vorangetrieben. Mercedes-Benz wird zunächst mit drei Konzepten an den Markt gehen: Start-Stopp, Parallel-Hybride und am oberen Ende der Hybridisierung das leistungsverzweigte Two-Mode-Hybrid-System.

Dieses System wird im Mercedes-Benz ML 450 Hybrid im Jahr 2009 auf den Markt kommen. Mit den avisierten Leistungsdaten wird der ML 450 Hybrid der weltweit sparsamste SUV-Benzin-Hybrid seiner Klasse sein. Eine kombinierte Systemleistung von 250 kW/340 PS und ein kombiniertes maximales Drehmoment von 480 Nm verleihen ihm souveräne Kraft, bei einem Verbrauch von lediglich 7,7 l/100 km. Damit erreicht der ML 450 Hybrid mit Allradantrieb einen für seine Fahrzeugklasse weltweit vorbildlich niedrigen CO2-Ausstoß von nur 185 g/km.
Sein Two-Mode-Hybrid-System ist sowohl für den Stadt- als auch für den Überlandbetrieb optimiert. Im Zusammenspiel mit einem intelligenten Energiemanagement bietet die Hybrid M-Klasse sämtliche Voll-Hybrid-Eigenschaften wie rein elektrisches Fahren, Start-Stopp-Funktion des Verbrennungsmotors, Boosteffekt sowie Bremsenergierückgewinnung.
Konzept des Two-Mode-Hybrid-Systems
Das im ML 450 Hybrid gezeigt Two-Mode-System wird im Rahmen der Global Hybrid Alliance entwickelt – einer Kooperation von Daimler, BMW, Chrysler und GM. Die Bezeichnung Two-Mode verweist auf die zwei Arten der Leistungsverzweigung, die das gesamte Geschwindigkeitsspektrum abdecken. Der erste Bereich ist optimiert für das Anfahren und das elektrische Fahren. Der zweite Bereich ist für höhere Geschwindigkeiten ausgelegt.
Das zentrale Element dieses Systems stellt das eigens entwickelte leistungsverzweigte Two-Mode-Getriebe dar. Dieses Getriebe bietet dem Kunden zusätzlich zum typischen Hybridspezifischen Fahrverhalten das Leistungsmerkmal des elektrischen Fahrens im erweiterten Geschwindigkeitsspektrum (E-Drive) sowie ein Höchstmaß an Komfort mit unmerklichen Wechseln zwischen den beiden Bereichen mit stufenlosem Betrieb sowie den vier festen (mechanischen) Gängen, über die das System zusätzlich verfügt.
Damit kombiniert das Two-Mode-Getriebe sowohl die positiven Leistungsmerkmale von Hybridantrieben, die Komfort- und Verbrauchsvorteile elektrisch geregelter, stufenloser EVT-Getriebe (Electrically Variable Transmission) mit dem Vorteil des gleichmäßigen regenerativen Bremsens als auch die einzigartige Option der festen mechanischen Gänge und damit die bekannten Stärken konventioneller Getriebe, insbesondere in hohen Leistungsbereichen. Hier haben die heute im Markt bekannten Hybridkonzepte ohne die doppelte Leistungsverzweigung und ohne die Option der mechanischen Übersetzung prinzipbedingte Schwächen, da ein Großteil der Leistung des Verbrennungsmotors in weiten Teilen des Betriebsbereichs über den elektrischen Zweig des Getriebes übertragen werden muss, was entsprechende Effizienznachteile mit sich bringt.
Da beim Two-Mode-Hybrid-System der Anteil der elektrisch übertragenen Leistung von der Fahrzeuggeschwindigkeit beziehungsweise dem Übersetzungsverhältnis abhängig ist, kann durch die Kombination von zwei Leistungsverzweigungsarten (Bereichen) eine sehr hohe Spreizung abgedeckt werden – und das bei relativ geringer Leistung, die vom elektrischen Zweig übertragen werden muss.
Mehrere mechanische Übersetzungen
Im Unterschied zu den bekannten Hybrid-Konzepten mit einfacher Leistungsverzweigung (One-Mode) weist das Two-Mode-System zudem mehrere mechanische Übersetzungen auf, bei denen der Leistungsanteil, der über den elektrischen Pfad fließt, sehr gering ist. Beim Two-Mode-Konzept stehen vier Gänge mit festem Übersetzungsverhältnis zur Verfügung, die einen parallelen Hybrid-Betrieb erlauben. Die Elektromotoren werden lediglich für die Beschleunigungs- und Bremsvorgänge benötigt. Das Ergebnis: Das Two-Mode-Hybrid-System arbeitet so komfortabel wie ein konventionelles CVT und kann zusätzlich feste Übersetzungsverhältnisse auswählen, um in bestimmten Leistungsbereichen Kraftstoffverbrauch und Leistung zu optimieren. Der hohe Gesamtwirkungsgrad resultiert aus der Tatsache, dass in hohen Leistungsbereichen (Überlandfahrt) die maximale Leistung mechanisch übertragen wird und gleichzeitig die volle Hybrid-Funktionalität zur Verfügung steht. So können elektrische Verluste minimiert und die Größe der Elektromotoren verringert werden.
Sparsamer Kraftstoffverbrauch
Durch diese Eigenschaften des Two-Mode-Getriebes wird der Wirkungsgrad des gesamten Systems maximiert. Das senkt den Kraftstoffverbrauch und ermöglicht die genannten Leistungsdaten des ML450 Hybrid, und das bei höchstem Komfort. Insgesamt betrachtet, bietet das Two-Mode-Hybrid-System den Kunden eine optimale Kombination aus Leistungsfähigkeit, sparsamem Kraftstoffverbrauch und Komfort. Die Spitzenleistung und die Dauerleistung der Elektromotoren werden durch die verschiedenen Betriebsarten (einfach, doppelt leistungsverzweigt oder parallel mit festem Übersetzungsverhältnis) verringert. Dadurch sind die Elektromotoren nicht nur kleiner, sondern auch ideal mit verschiedenen – auch leistungsstarken – Verbrennungsmotoren kombinierbar.
Daimler; Telefon: 0711/17-0;

Die Global Hybrid Cooperation
Die Daimler AG und General Motors Corporation haben 2004 eine Initiative zur gemeinsamen Entwicklung eines Two-Mode-Hybridanstriebssystems gegründet. Im Jahr darauf schloss sich die BMW Group der Allianz gleichberechtigter Partner an. Die Ingenieure und Spezialisten aus den drei Unternehmen arbeiten zusammen im Hybrid-Competence-Center in Troy, Michigan/USA an der Entwicklung des Gesamtsystem und den einzelnen Komponenten – Elektromotoren, Hochleistungselektronik, Getriebe, Verkabelung, Energiemanagement und Steuergeräte für das Hybridsystem. Außerdem sind die Systemintegration und das Projektmanagement dort untergebracht. Die drei Automobilhersteller bündeln ihr Know-how und ihre Ressourcen in der Global Hybrid Cooperation mit dem Ziel, aufgrund der entstehenden Synergien ihren Kunden Fahrzeuge anbieten zu können, die mit attraktiven Leistungs-, Komfort-, Verbrauchs- und Emissionsmerkmalen zu wettbewerbsfähigen Kosten überzeugen. Dabei wird jedes Unternehmen das Hybrid-System den eigenen modell- und markenspezifischen Anforderungen anpassen, damit sowohl die eigenständigen Produktcharakteristika als auch die verschiedenen Markenattribute gewahrt bleiben.
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